عملية كيميائية جديدة تجعل من السهل تصنيع الأحماض الأمينية غير الموجودة في الطبيعة

دراسة نشرت في علوم في 27 يوليو، قام فريق يضم كيميائيين من بيت بوصف طريقة جديدة قوية لتكوين أحماض أمينية 'غير طبيعية'، والتي يمكن استخدامها في العلاجات القائمة على البروتين وفتح فروع جديدة للكيمياء العضوية.

قال بنغ ليو، أستاذ الكيمياء في كلية كينيث بي ديتريش للفنون والعلوم والمؤلف المقابل في الورقة: 'هذا تحول جديد تمامًا: جديد على الطبيعة وجديد على الكيمياء'. 'إن إخبار أحد الإنزيمات بإنشاء تكوين غير طبيعي للحمض الأميني هو أمر غير معتاد، ويجب عليك القيام بذلك من خلال الهندسة الحيوية الدقيقة.'

قم بتغيير قطعة واحدة فقط من بروتين أكبر، ويمكنك تغيير شكلها وماذا تفعل - لذا فإن الأحماض الأمينية غير الطبيعية تبشر بفتح أنواع جديدة من العلاجات مثل المضادات الحيوية أو مثبطات المناعة التي تستخدم البروتينات أو أبناء عمومتها الأصغر.

ومع ذلك، فإن إنشاء مثل هذه الجزيئات في المختبر هو عملية شاقة ومتعددة الخطوات: يجب حماية قطع الحمض الأميني التي ترتبط ببعضها البعض لتكوين سلسلة بروتينية، بينما يقوم الباحثون بتحويل بقية الجزيء كيميائيًا. ومع ذلك، فإن التفاعل الموصوف في الورقة الجديدة أبسط وأكثر كفاءة، ويوفر للكيميائيين مستوى غير مسبوق من التحكم في كيفية توجيه مجموعات الذرات في الجزيء الناتج.

كما أنها تستخدم أداة كيميائية، وهي إنزيم PLP، بطريقة غير عادية. الإنزيمات هي بروتينات تحفز التفاعلات - عادةً، حتى عندما تتغير وظائفها عن طريق الهندسة الحيوية، كل ما يمكنها فعله هو تسريع العمليات الكيميائية المعروفة التي يمكن للكيميائيين إنجازها بطرق أخرى، وإن كانت أبطأ. لكن عند اقترانه بمحفز جزيئي حساس للضوء، يمكن للإنزيم الموجود في هذا التفاعل الجديد أن يحقق أكثر من ذلك بكثير.

وقال ليو، في الصورة اليمنى: 'يمكنك القول بأن الإنزيمات المهندسة بيولوجيا توفر كفاءة أفضل من المحفزات الجزيئية الصغيرة، ولكنها تحفز نفس التفاعل'. 'لكن هذا رد فعل جديد تماما. فهو ببساطة لم يكن موجودا من قبل'

تستخدم مجموعة ليو عمليات المحاكاة الحاسوبية لمعرفة الرقصة المعقدة التي تحدث في التفاعل الكيميائي على مستوى الذرات والإلكترونات، مضيفة 'لماذا' إلى 'ماذا' التي اكتشفتها المجموعات التي تجري التجارب. في هذه الورقة، عمل ليو وبيت، باحث ما بعد الدكتوراه، بينه خانه ماي، في الصورة على اليسار، مع فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا بقيادة يانغ يانغ - وهو تعاون ظل قوياً منذ عام 2014، عندما أمضى يانغ الصيف في مختبر ليو ك طالب دراسات عليا زائر.